[发明专利]一种复合二氧化钛薄膜及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于无机材料制备领域，特别涉及一种复合了掺杂稀土离子的钇铝石榴石体系(Y₃Al₅O₁₂，简称YAG)的二氧化钛(TiO₂)薄膜及其制备方法和用途，尤其是利用微弧氧化技术制备了一种复合了掺杂Ce³⁺和Gd³⁺的钇铝石榴石体系的二氧化钛薄膜及其制备方法和用途。

背景技术

目前关于二氧化钛(TiO₂)光催化材料降解有机污染物的技术取得了显著进展，并展现出良好的应用前景。由于悬浮体系具有光催化剂分离回收难、光辐射深度受限等缺点，因此需要对负载型TiO₂光催化剂的制备投入更多的研究。

微弧氧化技术(Micro-arc oxidation，MAO)又称等离子体氧化或阳极火花沉积，是一种在有色金属表面原位生长多孔、致密陶瓷膜的新技术，且膜层与基体间结合紧密。具体过程是将Al、Mg、Ti、Zr、Ta、Nb等阀金属或其合金置于电解质水溶液中，利用电化学方法，在该材料的表面微孔中产生火花放电斑点，在热化学、等离子体化学和电化学的共同作用下生成陶瓷膜层。微弧氧化技术采用较高的工作电压，将工作区域由阳极氧化法的法拉第区域引入到高压放电区域，这是对现有阳极氧化理论的突破。目前关于微弧氧化机理方面的研究已提出了一整套完整的理论，并已成功应用于许多工业领域。

钇铝石榴石(YAG)具有优良的导热性和机械强度以及良好的物理化学性质，耐高强度辐照及电子轰击，因此被广泛用作激光和发光的基质材料。Ce³⁺、Gd³⁺掺杂的钇铝石榴石体系的荧光粉，可通过调节基质的组成获得一系列不同发射主峰的黄色荧光粉，其对紫外和可见光波段具有很强的吸收。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术中二氧化钛薄膜所存在的问题，通过在二氧化钛薄膜中复合掺杂了稀土离子的钇铝石榴石体系(Y₃Al₅O₁₂，简称YAG)，提高TiO₂薄膜对紫外光和可见光的吸收性能，并提供一种复合二氧化钛薄膜及其制备方法和用途。本发明的复合二氧化钛薄膜，可提高其降解有机污染物的降解效率近一倍，其制备方法具有工艺条件简单、制备过程易于控制、生产效率高、对环境污染小等优点。

本发明提供的技术方案是：一种复合二氧化钛薄膜，从外到内分为多孔层、中间层和致密层，该薄膜采用微弧氧化技术在钛合金(Ti-6Al-4V)基体上生成；并且使掺杂了稀土离子的钇铝石榴石体系颗粒嵌入在复合二氧化钛薄膜内，颗粒大小为1～2μm。

所述最外多孔层的晶相为锐钛矿相二氧化钛。

所述掺杂稀土离子的钇铝石榴石体系颗粒所掺杂的稀土离子为Ce³⁺和Gd³⁺，所述颗粒的化学式为Y_2.6Al₅O₁₂:0.2Ce³⁺，0.2Gd³⁺。

本发明还提供了上述复合二氧化钛薄膜的制备方法，包括如下步骤：(1)首先，选择抛光处理后的钛合金作为阳极材料，不锈钢板作为阴极材料；(2)将超声分散处理后的掺杂稀土离子的钇铝石榴石体系颗粒均匀分散在电解液中；(3)在200～400V脉冲电压下作用5min～60min，在钛合金基体表面生成含有掺杂稀土离子的钇铝石榴石体系颗粒的多孔、致密氧化物陶瓷膜；所述电解液温度控制在40℃以内。

所述掺杂稀土离子的钇铝石榴石体系颗粒采用传统的高温固相法制备。

所述掺杂稀土离子的钇铝石榴石体系颗粒在电解液中的分散浓度为1～10g/L。

所述电解液为无水碳酸钠和九水硅酸钠的混合溶液，其中无水碳酸钠与水的质量/体积比浓度为15～30g/L，九水硅酸钠与水的质量/体积比浓度为5～15g/L。

将所述复合二氧化钛薄膜用于光催化净化领域。

本发明所得薄膜，多孔层的孔洞间有孔道相连通，并向内延伸至致密层。致密层无孔，其与钛合金基体之间紧密结合，界面结合线呈细微的锯齿状，有助于提高界面的结合强度。